一种精炼剂及其与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法技术

本发明专利技术属于金属材料及冶金领域，更具体地，涉及一种精炼剂及其与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法。该精炼剂由六氯乙烷，碳酸钠和氧化铝纳米颗粒制备得到。以精炼剂的总重量计，其中六氯乙烷35wt%~40wt%，碳酸钠20wt%~40wt%，氧化铝纳米颗粒20wt%~40wt%。所述精炼剂为粒径为0.5

A refining agent and its refining and purification method combined with argon for on-line casting aluminum alloy

【技术实现步骤摘要】
一种精炼剂及其与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法


[0001]本专利技术属于金属材料及冶金领域，更具体地，涉及一种精炼剂及其与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法。

技术介绍

[0002]在铝合金铸件中，材料的可靠性以及铸件的性能会因为夹杂物的存在面对极大的威胁。铝合金熔体中的夹杂物会导致氢难以除去，影响除气的效果。铝熔体中的夹杂物和氢之间存在相互作用，一般来说，铝液中氧化夹杂物越多，所吸附的氢也就越多，导致氢含量增加，促进了铸件中气孔的形成，影响着性能的高低。基体的连续性会被夹杂物的存在而破坏，提供疲劳裂纹萌生的核心，造成应力集中，促进裂纹扩展，使得零件的抗疲劳能力降低，伸长率和抗拉强度等零件的力学性能会严重被恶化，造成产品的早期失效。
[0003]传统的铝合金制造过程中使用的精炼剂，会导致成品的导电性、导热性、耐腐蚀性不强，而且生产出来的合金铸件中的气孔度偏高，在铸件表面多会产生七孔，氧化杂物的比例也较高，影响了合金铸件的性能，在精炼的过程中的产物具有刺激性气味，对于工作人员人体危害极大。总而言之，精炼剂存在夹渣多、氧化烧损大、合金渣分离不彻底、除气除渣效果不佳的问题。
[0004]另外铝合金熔体除气方式有炉内除气和在线除气，除气方法包括惰性气体除气和熔剂除气，前者利用高纯惰性气体氢分压扩散，实现除氢，后者利用熔剂与铝形成低沸点化合物挥发除氢。由于小气泡在上浮过程中一方面会吸附夹杂物，另一方面还会夹住氩气气泡和合金液接触面间的压力差，将溶于合金液中的氢吸入气泡内。惰性气体其虽然克服了活性气体腐蚀设备的缺点，但是其净化效率远远不如活性气体，更无法实现碱金属和碱土金属的去除。
[0005]因此，要发挥材料的潜力，充分发挥自身性能，必须首先解决铸坯的生产和质量的控制。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种精炼剂及其制备方法、及使用该精炼剂与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法，该精炼剂组成简单，通过设置精炼剂与氩气联合优化精炼净化工艺，获得晶粒细小、无夹渣、氢含量低的铝合金铸锭，且还能够显著的降低铝合金铸锭显微疏松尺寸，提高铸锭冶金质量，为后续研究开发出能新的、高性能的铝合金材料奠定良好的基础。
[0007]本专利技术具体是通过如下技术方案实现的：本专利技术第一方面提供了一种精炼剂，所述精炼剂包括六氯乙烷、碳酸钠和氧化铝纳米颗粒。
[0008]根据本专利技术，所述精炼剂由六氯乙烷、碳酸钠和氧化铝纳米颗粒组成。
[0009]根据本专利技术，所述氧化铝纳米颗粒的粒径为30~50nm，例如为30nm、40nm或50nm。
[0010]根据本专利技术，以精炼剂的总重量计，其中六氯乙烷35wt%~40wt%，碳酸钠20wt%~40wt%，氧化铝纳米颗粒20wt%~40wt%。
[0011]优选地，以精炼剂的总重量计，其中六氯乙烷35wt%、36wt%、37wt%、38wt%、39wt%、40wt%；碳酸钠20wt%、22wt%、25wt%、28wt%、30wt%、32wt%、34wt%、35wt%、36wt%、38wt%、40wt%；氧化铝纳米颗粒20wt%、22wt%、25wt%、28wt%、30wt%、32wt%、34wt%、35wt%、36wt%、38wt%、40wt%。
[0012]根据本专利技术，所述精炼剂的平均粒径为0.5mm~6mm。
[0013]根据本专利技术，所述氧化铝纳米颗粒为α
‑
Al2O3。相较于其他构型的氧化铝，研究发现，α
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Al2O3纳米颗粒能够快速填充到熔体表面的保护膜缝隙中。
[0014]本专利技术第二方面提供了上述的精炼剂的制备方法，该方法包括：将碳酸钠与六氯乙烷、氧化铝纳米颗粒混合均匀后压实，然后经破碎处理得到所述精炼剂。
[0015]根据本专利技术，所述精炼剂的粒径为0.5mm
‑
6mm。
[0016]本专利技术第三方面提供了使用上述精炼剂与氩气联合在线铸造铝合金精炼净化方法。
[0017]根据本专利技术，所述方法包括如下步骤：（1）将铝合金锭放入经预热的铝合金熔炼炉中，进行熔炼；（2）当熔炼后的铝合金熔体导入静置炉并将其温度调整至730~740℃后，在搅拌条件下，通过导管将干燥的惰性气体和上述精炼剂喷入铝合金熔体进行炉内除气精炼；（3）使用陶瓷过滤板对步骤（2）的熔体进行过滤，即得所述铝合金。
[0018]根据本专利技术，步骤（1）中，所述铝合金没有特别的定义，例如为2000系铝合金或7000系铝合金。
[0019]根据本专利技术，步骤（1）中，所述预热的温度为620~650℃，所述预热的时间为10~20min。
[0020]根据本专利技术，步骤（2）中，所述搅拌的转速为20~40rpm，例如为20rpm、25rpm、30rpm、35rpm或40rpm。
[0021]根据本专利技术，步骤（2）中，所述干燥的惰性气体为干燥高纯氩气，其纯度级别为99.999%。
[0022]根据本专利技术，步骤（2）中，所述精炼剂的添加量为1.5~3.0kg/t（熔体质量），例如为1.5kg/t、1.6kg/t、1.8kg/t、2kg/t、2.2kg/t、2.5kg/t、2.8kg/t、3kg/t。
[0023]根据本专利技术，步骤（2）中，所述干燥的惰性气体的压力为0.20~0.60MPa，例如为0.20MPa、0.30MPa、0.40MPa、0.50MPa、0.60MPa，气体流量20~100L/min，例如为20L/min、30L/min、40L/min、50L/min、60L/min、70L/min、80L/min、90L/min、100L/min。
[0024]根据本专利技术，步骤（2）中，所述导管为设置多个开孔的导管。
[0025]根据本专利技术，步骤（2）中，所述导管的孔径为3~6mm，孔密度为1~5孔/cm2。
[0026]根据本专利技术，步骤（2）中，通过导管将干燥惰性气体和精炼剂喷入铝合金熔体后获得的气体气泡平均大小为0.5~20.0mm。
[0027]根据本专利技术，步骤（2）中，除气的时间为30~90min。
[0028]根据本专利技术，步骤（3）中，所述过滤板的孔径为30~70目。
[0029]本专利技术的技术方案的有益效果如下：根据保护膜强化理念，使用包括具有活性的氧化铝纳米颗粒、Na2CO3与六氯乙烷的精炼剂，其中氧化铝纳米颗粒很容易填充到熔体表面保护膜缝隙中，同时携带Na2CO3与六氯乙烷，在高温时分解产生CO
X
与Cl2，润湿和部分溶解氧化物，增大铝合金熔体对氧化物的粘滞力，经由氩气吹送调整体系平衡状态，并与铝合金熔体中的H结合使得氢固定在氧化物中，由较小的颗粒聚集，形成较大的氧化夹杂，再经由过滤去除，从而降低铝合金熔体中氢含量。通过上述组分进行复配，并利用上述固氢作用与氧化夹杂的凝聚作用，充分结合除渣和除气，实现除气后的铝合金熔体中氢含量为0.01~0.06ml/100gAl，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种精炼剂，其特征在于，所述精炼剂包括六氯乙烷、碳酸钠和氧化铝纳米颗粒。2.如权利要求1所述的精炼剂，其特征在于，所述精炼剂由六氯乙烷、碳酸钠和氧化铝纳米颗粒组成。3.如权利要求1或2所述的精炼剂，其特征在于，以精炼剂的总重量计，其中六氯乙烷35wt%~40wt%，碳酸钠20wt%~40wt%，氧化铝纳米颗粒20wt%~40wt%。4.如权利要求1或2所述的精炼剂，其特征在于，所述精炼剂为粒径为0.5mm
‑
6mm的颗粒状精炼剂。5.权利要求1
‑
4任一项所述的精炼剂的制备方法，该方法包括：将碳酸钠与六氯乙烷、氧化铝纳米颗粒混合均匀后压实，然后经破碎处理得到所述精炼剂。6.使用如权利要求1
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4任一项所述的精炼剂与氩气联合在线铸造...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊琳娜，陈高红，戴圣龙，李惠曲，陈军洲，邢清源，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：